精密旋涂輔助3D打印光學(xué)鏡片制造技術(shù)

光學(xué)鏡頭在從顯微鏡到機器視覺系統(tǒng)等許多領(lǐng)域都必不可少。傳統(tǒng)的鏡頭制造是一個多步驟的過程，涉及研磨、拋光、成型和涂層，這既耗時又昂貴，尤其是對于定制、小批量生產(chǎn)而言。

增材制造已成為制造光學(xué)元件有前途的替代方案。材料噴射和液槽光聚合 (VPP) 等技術(shù)可提供高精度和高速度，但由于 3D打印的逐層特性，實現(xiàn)高質(zhì)量鏡片所需的平滑度仍然具有挑戰(zhàn)性。

△基于VPP 的 3D 打印設(shè)置和旋涂鏡片的圖像。（圖片來源：普渡大學(xué)）

普渡大學(xué)的研究人員通過開發(fā)基于 VPP 的鏡頭打印工藝解決了這些挑戰(zhàn)，可最大限度地減少橫向和縱向階梯狀缺陷。該工藝集成了未聚焦圖像投影和精密旋涂。通過在打印過程中稍微散焦固化圖像，可以減少橫向像素化，而不會犧牲構(gòu)建尺寸。隨后的旋涂使垂直階梯變得平滑。

相關(guān)研究以題為“3D Printing of Optical LensesAssisted by Precision Spin Coating/精密旋涂輔助光學(xué)鏡片 3D 打印”的論文被發(fā)表在《先進功能材料》雜志上。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202407165

研究結(jié)果表明精密旋涂工藝可以得到精確控制和預(yù)測，而此前這種工藝被認為在曲面上不可靠。如果涂上足夠的液體，涂層輪廓不會受到打印臺階效應(yīng)的影響，從而使表面處理得非常光滑。涂層厚度可控制在 1 微米以內(nèi)。

△3D打印系統(tǒng)示意圖

研究人員成功制作出直徑從 3 毫米到70 毫米的多尺度透鏡，表面粗糙度小于 1 納米，輪廓精度在1 微米以內(nèi)。透鏡表現(xiàn)出優(yōu)異的光學(xué)性能，包括高調(diào)制傳遞函數(shù) (MTF) 分辨率和最小的畸變。

△測試系統(tǒng)示意圖

這種方法可以實現(xiàn)快速、低成本、可定制的高質(zhì)量光學(xué)元件生產(chǎn)，從而改變鏡片制造行業(yè)，可能使定制眼鏡、科學(xué)儀器和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域受益。進一步的研究將探索優(yōu)化打印參數(shù)、新材料和多材料鏡片，以增強光學(xué)功能。